Descubierta una nueva función en la ligasa D bacteriana

Hasta ahora se pensaba que la proteína bacteriana ligasa D (LigD) solo participaba en la reparación de dobles roturas en el ADN. Investigadores del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO, UAM-CSIC) han demostrado que esta proteína posee, además, otra actividad: la de sanear los extremos 5’-dRP del ADN que surgen durante la reparación del tipo de lesión más frecuente en las células: los sitios abásicos o sin base nitrogenada.

Las moléculas de ADN están formadas por la unión de múltiples nucleótidos que, a su vez, están formados por un grupo fosfato, un azúcar y una base nitrogenada. De entre los múltiples tipos de lesiones que pueden surgir en él, una de las más frecuentes es la generación de sitios abásicos (sitios AP), en los que se ha eliminado la base nitrogenada de uno de los nucleótidos de la cadena de ADN que, en el caso de las células de mamíferos, aparecen con una frecuencia de 10.000-50.000 célula/día.

La no-reparación de los sitios AP tiene consecuencias mutagénicas y tóxicas para la célula, ya que las enzimas encargadas de la síntesis de ADN y ARN (DNA polimerasas y RNA polimerasas, respectivamente) son incapaces de incorporar nucleótidos frente a ellos, originando un bloqueo en la replicación y transcripción.

La reparación de los sitios AP se lleva a cabo mediante la ruta de reparación por escisión de bases (BER: Base Excision Repair), siendo esta la más utilizada in vivo y en la que las enzimas participantes están conservadas en procariotas y eucariotas.

El proceso general de reparación por la ruta BER comienza con la detección y eliminación de la base nitrogenada dañada por una enzima específica denominada glicosilasa.

Este hecho produce un sitio AP altamente mutagénico, capaz de causar roturas en las cadenas de ADN. Enseguida, este sitio AP es reconocido y eliminado por otras enzimas (AP endonucleasa o AP liasa), generándose un hueco o discontinuidad en el ADN (nick).

Una vez saneado por la acción de las exonucleasas, el pequeño hueco o gap resultante es rellenado por una ADN polimerasa, que restaura el nucleótido original.

Finalmente, los extremos son ligados por una ADN ligasa. Hasta ahora, estas actividades parecían residir en proteínas independientes.

Una enzima multifunción

La LigD bacteriana desempeña un papel clave en la reparación de roturas dobles de ADN gracias a su asociación con la proteína Ku; una proteína homodimérica en forma de anillo, que reconoce y enhebra los extremos de ADN.

Así, Ku recluta a LigD y esta, debido a sus actividades polimerasa y ligasa, ‘une’ los extremos rotos del ADN que, si no fueran ‘reparados’, ocasionarían la muerte celular.

Hasta el momento, se pensaba que la LigD solo participaba en esta ruta de reparación, denominada unión de extremos no-homólogos (NHEJ, en inglés).

“Sin embargo, en este trabajo mostramos cómo esta proteína, además de las ya descritas actividades polimerasa y ligasa, presenta una actividad 5’-dRP-liasa, encargada de sanear los extremos que surgen durante la reparación de sitios abásicos tras la actuación de una AP endonucleasa”, explica Miguel de Vega, director del trabajo.

Mediante ensayos in vitro en los que se utilizaron sustratos de ADN que mimetizaban los pasos intermedios de reparación de sitios abásicos, los investigadores demostraron cómo la LigD es capaz, por sí sola, de reconocer el nick generado por una AP endonucleasa, rellenar el hueco resultante regenerando el nucleótido original, sanear los extremos y, finalmente, sellar las dos cadenas de ADN.

“Hemos mostrado cómo esta actividad es común de las proteínas LigD, ya que, tanto la LigD de Bacillus subtilis como la de Pseudomonas aeruginosa, la poseen. Además, hemos demostrado in vivo la importancia de dicha actividad, ya que, esporas de B. subtilis carentes de LigD y sometidas a daño oxidativo (que es fundamentalmente reparado por la vía BER), presentan una caída drástica de la viabilidad celular”, añade Miguel de Vega.

Estos resultados expanden la intervención de esta proteína a diversas vías de reparación, convirtiéndose en una potencial diana terapéutica para la generación de inhibidores de dicha proteína, que podrían conducir a la muerte bacteriana.

Este trabajo ha sido liderado por el grupo de Miguel de Vega, del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CBMSO, UAM-CSIC), y ha contado con la participación de Begoña Carrasco, del Centro Nacional de Biotecnología (CNB, CSIC), y del grupo de Ralf Möller, del German Aerospace Center (DLR, Institute of Aerospace Medicine) de Köln.